December 14,2018

라이고-비르고 연구단, 중력파 4건 추가발견…11건 분석 공개

KISTI 강궁원 박사 "내년 3월 중력파 상시관측 전환…급격한 과학 발전 예상"

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시간에 따른 중력파 주파수 변화와 분석방법에 따른 중력파 파형 ⓒ 한국중력파연구협력단 제공

시간에 따른 중력파 주파수 변화와 분석방법에 따른 중력파 파형 ⓒ 한국중력파연구협력단 제공

첨단 중력파 관측 시설을 운용 중인 라이고(LIGO)-비르고(VIRGO) 중력파 연구단이 새로 확인한 블랙홀 쌍성 충돌로 인한 중력파 4건 등 모두 11건의 중력파 정밀 분석 결과를 공개했다.

라이고 과학협력단에 참여하고 있는 한국중력파연구협력단(KGWG)은 3일 라이고-비르고 연구단이 이날 미국 메릴랜드에서 열린 중력파 물리천문학 워크숍(GWPAW)에서 새로 확인한 중력파 4건 등 11건의 중력파 정밀 분석 결과를 담은 라이고-비르고 중력파 관측 카탈로그(https://dcc.ligo.org/LIGO-P1800307/public)를 발표했다고 밝혔다.

공개된 중력파는 별 정도 질량의 블랙홀 쌍성 병합에서 발생한 중력파 10건과 중성자별 쌍성 병합으로 발생한 중력파 1건이다. 7건은 이전에 이미 보고된 것이었지만 다른 4건은 이번 분석에서 새로 발견됐다.

새로 발견된 중력파 4건(GW170729, GW170809, GW170818, GW170823)은 ‘어드밴스드 라이고’(Advanced LIGO) 두번째 관측 기간(2016.11.30~2017.8.25)에 관측된 7건의 블랙홀 쌍성 충돌 데이터를 분석하는 과정에서 확인됐다.

특히 이번 분석에서는 지금까지 관측된 것 중 가장 먼 곳에서 가장 큰 질량을 가진 블랙홀들의 충돌로 발생한 중력파가 확인됐다. 2017년 7월 29일 발견된 중력파(GW170729)는 지구에서 약 70억 광년 떨어진 곳에 있는 태양보다 질량이 50배 큰 블랙홀과 35배 큰 블랙홀이 충돌해 발생한 것으로 분석됐다.

이들 거대한 블랙홀이 충돌해 합쳐지면서 태양 질량의 80배 크기 블랙홀이 만들어졌고 이 과정에서 태양 질량의 5배의 에너지가 중력파로 변환됐다.

라이고-비르고 연구단은 또 새로 발견한 중력파(GW180818) 관측자료를 정밀 분석, 그 위치를 가장 정확하게 확인하는 데 성공했다. 이 중력파를 만든 블랙홀 쌍성은 지구로부터 약 25억 광년 떨어진 우주공간의 가로×세로 6도 정도 범위에 있는 것으로 추정됐다.

또 처음으로 3대의 중력파 검출기에서 동시에 관측된 중력파(GW170814)에서는 빛의 편광과 유사한 중력파 편광 성질도 처음으로 검증됐다.

이로부터 3일 뒤 관측된 첫 중성자별 쌍성계 충돌 중력파(GW170817)는 이후 동반된 전자기파로도 관측돼 ‘다중신호천문학’의 첫 장을 연 역사적인 사건으로 기록됐다.

캘리포니아공대(CalTech) 알베르트 라자리니 라이고 부소장은 “4건의 추가적인 블랙홀 쌍성 병합 중력파는 우주에 이런 쌍성계들이 풍부하게 존재함을 시사한다”고 설명했다.

한국은 6개 대학(부산대, 서울대, 울산과기원, 이화여대, 인제대, 한양대)과 3개 정부출연연구소(국가수리과학연구소, 한국과학기술정보연구원, 한국천문연구원) 소속 연구자 15명이 한국중력파연구협력단(KGWG)을 구성해 라이고 과학협력단에 참여하고 있다.

이형목 KGWG 단장(한국천문연구원장)은 “이제 진정으로 중력파 천문학이 시작되고 있다”며 “중력파가 일상적인 관측이 되고 있고 이를 통해 우주에 대해 더욱 많은 것을 이해하게 될 날이 머지않았다”고 말했다.

강궁원 KISTI 박사는 “내년 3월로 예정된 3차 관측부터는 상시적 중력파 관측으로 전환되고 통계적 의미를 갖는 분석도 가능하게 돼 중력파를 통한 급격한 과학적 발전이 예상된다”며 “3차 관측에는 일본의 중력파 검출실험인 카그라(KAGRA)도 합세하게 되는데, 이를 지켜보기만 해야 하는 국내 현실이 안타깝다”고 말했다.

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